Zachwycająca porażka, czyli 6 faktów o amerykańskich wahadłowcach

Kwiecień to ważny miesiąc dla eksploracji kosmosu. Kwietniową datę miał pierwszy lot Jurija Gagarina, ale także pierwszy lot niezwykle ważnego sprzętu – promu kosmicznego, który na 30 lat stał się ikoną i nieoficjalnym symbolem NASA.

Program STS, w wyniku którego zaprojektowano i eksploatowano amerykańskie wahadłowce, to efekt sytuacji, w której znalazła się NASA po zakończeniu programu Apollo. Budowa przełomowego – jak się wówczas mogło wydawać – systemu kosmicznego transportu miała być kolejnym wielkim celem amerykańskiej agencji kosmicznej.

Cięcia budżetowe wymusiły na NASA bliższą współpracę z wojskiem. Z tego powodu amerykańskie wahadłowce to konstrukcje kompromisowe – godzące potrzeby NASA, ale także wymagania stawiane tym konstrukcjom przez amerykańskie siły zbrojne.

Ich wynikiem są m.in. stosunkowo duże powierzchnie aerodynamiczne. Wojsku zależało, aby wahadłowiec miał możliwość manewrowania, co miało umożliwić lądowanie w wielu różnych miejscach kraju.

Potrzeby militarne wpłynęły także na ładowność wahadłowców i udźwig całego systemu. Parametry te zwiększono, aby umożliwić obsługę ciężkich, wojskowych satelitów na orbitach okołobiegunowych.

Zbudowano w sumie 6 wahadłowców. Pierwszy z nich – ukończony w 1976 roku Enterprise – nigdy nie wyruszył w misję kosmiczną. Od początku traktowano go jako maszynę testową, która nie będzie musiała przebijać się przez ziemską atmosferę – stąd brak osłon termicznych.

Mimo tego Enterprise latał. Wykorzystano go do testów "powietrznej taksówki", jaką dla wahadłowców był zmodyfikowany Boeing 747.

Samolot transportował na swoim kadłubie wahadłowce, przenosząc je pomiędzy miejscem lądowania w bazie Edwards w Kalifornii do kosmodromu, z którego wahadłowce wyruszały w kosmiczne misje – Centrum Kosmicznego Johna F. Kennedy’ego na Florydzie.

Enterprise brał też udział w testach lądowania, gdy jako szybowiec pozwalał sprawdzić zachowanie wahadłowca w ostatniej fazie misji. Po powrocie z kosmosu i przejściu przez atmosferę maszyna z wyłączonym silnikiem musiała – nie mając szans na powtórzenie manewru – bezpiecznie wylądować na wyznaczonym lotnisku.

W sumie – podczas różnych testów – pozbawiony silników Enterprise był w powietrzu aż 16 razy.

Promy kosmiczne mają symboliczne nazwy. Pierwszy – przeznaczony do testów – otrzymał nazwę Enterprise, nawiązującą do statku kosmicznego z uniwersum Star Trek. Pierwotnie miał nazywać się Constitution (Konstytucja), ale na decyzję NASA wpłynęła petycja, podpisana przez licznych fanów popularnego serialu.

Nazwy pozostałych odnosiły się do słynnych z amerykańskich dziejów statków.

• Columbia (OV-102) – nazwa nawiązywała do zwodowanej w 1836 roku fregaty, która zapisała na swoim koncie rejs dookoła świata. Drugim odniesieniem był moduł dowodzenia Columbia z misji Apollo 11.
• Challenger (OV-099) został nazwany na cześć okrętu marynarki wojennej, który w latach 1872-1876 eksplorował obszar Oceanu Atlantyckiego i Pacyfiku. Drugom odniesieniem był moduł księżycowy z misji Apollo 17.
• Discovery (OV-103) nawiązywał do dwóch statków. Pierwszym była jednostka dowodzona przez Henry’ego Hudsona, na której odkrywca poszukiwał północnego połączenia Atlantyku i Pacyfiku. Drugim był okręt Discovery, z którym James Cook eksplorował Hawaje.
• Atlantis (OV-104) został nazwany na cześć jachtu należącego do placówki badawczej Woods Hole Oceanographic Institution, który w latach 1930 – 1966 przepłynął podczas wypraw badawczych ponad pół miliona mil morskich.
• Endeavour (OV-105) zawdzięczał swoją nazwę kolejnemu statkowi Jamesa Cooka, z którym odkrywca dotarł m.in. do Nowej Zelandii i Australii.

Obok 5 pełnoprawnych i jednego testowego, powstał także jeszcze jeden "wahadłowiec" – była to pełnowymiarowa makieta o nazwie Pathfinder, służąca do ćwiczenia naziemnej obsługi promów kosmicznych.

Podczas ponad 30-letniej eksploatacji wahadłowców doszło do dwóch katastrof, które zakończyły się zniszczeniem wahadłowców i śmiercią załóg. Pierwszym niepowodzeniem była katastrofa wahadłowca Challenger, do której doszło 28 styczna 1986 roku.

Do jej wyjaśnienia powołano specjalna komisję, na której czele stanął – niechętnie – charyzmatyczny fizyk i popularyzator nauki, Richard Feynman. Odkryta przyczyna katastrofy była prozaiczna.

Spowodowała ją uszczelka, która z powodu niskiej temperatury utraciła sprężystość, co w kapitalny sposób unaocznił Feynman, sprowadzając techniczne zagadnienie do prezentacji z udziałem szklanki z wodą i kostkami lodu.

Prawdziwą tragedią okazał się jednak fakt, że problem ten był doskonale znany. Co więcej, istniała dokumentacja wskazująca uszczelkę jako źródło zagrożenia, a także zalecenia, aby unikać startów w niskich temperaturach.

Kluczowy okazał się wadliwy przepływ informacji w NASA i podejmowanie decyzji w sytuacji, gdy osoby decyzyjne nie miały pełnej wiedzy na temat ryzyka.

Druga katastrofa nastąpiła 1 lutego 2003 roku, gdy podczas powrotu na Ziemię rozpadł się wahadłowiec Columbia. Śledztwo wykazało, że bezpośrednią przyczyną było uszkodzenie osłony termicznej.

Nadrzędnym powodem – podobnie jak w przypadku Challengera - był organizacyjny chaos w NASA, skutkujący systemowymi zaniedbaniami w zakresie bezpieczeństwa.

Sukcesy licznych misji wahadłowców są bezdyskusyjne, podobnie jak ich wkład w eksplorację bliskiego kosmosu. Próbę oceny programu STS warto jednak podejmować nie z perspektywy efektownych, atrakcyjnych medialnie misji, ale z perspektywy towarzyszących mu założeń i celów, jakie miał spełnić.

Okaże się wówczas, że wahadłowce – ikoniczny sprzęt, dla kilku pokoleń symbol ludzkiego geniuszu i marzeń - to w rzeczywistości niezwykle efektowna porażka. Jak to możliwe?

Wahadłowce powstały jako alternatywa statków kosmicznych. Miały dostarczać ładunki na orbitę nie tylko taniej, ale i z dużą częstotliwością – docelowo planowano misję co 2 tygodnie, a dla każdego z latających egzemplarzy przewidziano po 100 misji kosmicznych. W praktyce 5 wahadłowców wzięło udział w 135 misjach – to zaledwie nieco ponad 1/4 założonych.

Wysokie były także koszty. Choć w teorii cena traconego bezpowrotnie zbiornika i paliwa wynosiły tylko kilkadziesiąt mln dolarów, to w praktyce - po uwzględnieniu kosztów całego programu - średnia cena lotu promu przekraczała miliard.

Dyskusyjne okazało się także bezpieczeństwo wahadłowców. W trakcie eksploatacji stracono 2 z 5 latających egzemplarzy, a w 135 misjach zginęło 14 astronautów. Dla porównania - podczas 145 misji radzieckich i rosyjskich Sojuzów zginęły 4 osoby - ostatnie na początku lat 70. XX wieku.

Najlepszym podsumowaniem programu załogowych wahadłowców jest dalszy rozwój kosmicznej technologii. Po wycofaniu promów kosmicznych nikt nie szuka ich następców – misje kosmiczne realizowane są w starych Sojuzach, nowych kapsułach Dragon czy czekających na załogowy debiut Orionach.

W kosmos latają wprawdzie małe wahadłowce DARPA, jednak X-37 to sprzęt zupełnie innej kategorii – wyspecjalizowane, wojskowe laboratoria, wykonujące na orbicie misje o nieznanym celu i przebiegu. W misjach załogowych wrócono do rozwiązań z lat 60.

Choć idea wielokrotnego wykorzystania sprzętu okazała się słuszna, to w praktyce jest realizowana w inny sposób, niż planowali to pomysłodawcy wahadłowców. Wzrost ekonomicznej efektywności lotów kosmicznych dokonuje się – w czym prym wiedzie SpaceX – dzięki odzyskiwaniu kluczowych elementów rakiet nośnych.